如何阅读 Redis 源码？

雨点打透心脏的1/2处 2022-09-10 12:18 167阅读 0赞

在这篇文章中， 我将向大家介绍一种我认为比较合理的 Redis 源码阅读顺序， 希望可以给对 Redis 有兴趣并打算阅读 Redis 源码的朋友带来一点帮助。

## 第 1 步：阅读数据结构实现 ##

刚开始阅读 Redis 源码的时候， 最好从数据结构的相关文件开始读起， 因为这些文件和 Redis 中的其他部分耦合最少， 并且这些文件所实现的数据结构在大部分算法书上都可以了解到， 所以从这些文件开始读是最轻松的、难度也是最低的。

下表列出了 Redis 源码中， 各个数据结构的实现文件：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th> <p>文件</p> </th> 
   <th> <p>内容</p> </th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p><code>sds.h</code>&nbsp;和&nbsp;<code>sds.c</code></p> </td> 
   <td> <p>Redis 的动态字符串实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>adlist.h</code>&nbsp;和&nbsp;<code>adlist.c</code></p> </td> 
   <td> <p>Redis 的双端链表实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>dict.h</code>&nbsp;和&nbsp;<code>dict.c</code></p> </td> 
   <td> <p>Redis 的字典实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>redis.h</code>&nbsp;中的&nbsp;<code>zskiplist</code>&nbsp;结构和&nbsp;<code>zskiplistNode</code>&nbsp;结构， 以及&nbsp;<code>t_zset.c</code>&nbsp;中所有以&nbsp;<code>zsl</code>&nbsp;开头的函数， 比如&nbsp;<code>zslCreate</code>&nbsp;、&nbsp;<code>zslInsert</code>&nbsp;、&nbsp;<code>zslDeleteNode</code>&nbsp;，等等。</p> </td> 
   <td> <p>Redis 的跳跃表实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>hyperloglog.c</code>&nbsp;中的&nbsp;<code>hllhdr</code>&nbsp;结构， 以及所有以&nbsp;<code>hll</code>&nbsp;开头的函数。</p> </td> 
   <td> <p>Redis 的 HyperLogLog 实现。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 第 2 步：阅读内存编码数据结构实现 ##

在阅读完和数据结构有关的文件之后， 接下来就应该阅读内存编码（encoding）数据结构了。

和普通的数据结构一样， 内存编码数据结构基本上是独立的， 不和其他模块耦合， 但是区别在于：

*  上一步要读的数据结构， 比如双端链表、字典、HyperLogLog， 在算法书上或者相关的论文上都可以找到资料介绍。
 *  而内存编码数据结构却不容易找到相关的资料， 因为这些数据结构都是 Redis 为了节约内存而专门开发出来的， 换句话说， 这些数据结构都是特制（adhoc）的， 除了 Redis 源码中的文档之外， 基本上找不到其他资料来了解这些特制的数据结构。

不过话又说回来， 虽然内存编码数据结构是 Redis 特制的， 但它们基本都和内存分配、指针操作、位操作这些底层的东西有关， 读者只要认真阅读源码中的文档， 并在有需要时， 画图来分析这些数据结构， 那么要完全理解这些内存编码数据结构的运作原理并不难， 当然这需要花一些功夫。

下表展示了 Redis 源码中， 各个内存编码数据结构的实现文件：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th> <p>文件</p> </th> 
   <th> <p>内容</p> </th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p><code>intset.h</code>&nbsp;和&nbsp;<code>intset.c</code></p> </td> 
   <td> <p>整数集合（intset）数据结构。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>ziplist.h</code>&nbsp;和&nbsp;<code>ziplist.c</code></p> </td> 
   <td> <p>压缩列表（zip list）数据结构。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 第 3 步：阅读数据类型实现 ##

在完成以上两个阅读步骤之后， 我们就读完了 Redis 六种不同类型的键（字符串、散列、列表、集合、有序集合、HyperLogLog）的所有底层实现结构了。

接下来， 为了知道 Redis 是如何通过以上提到的数据结构来实现不同类型的键， 我们需要阅读实现各个数据类型的文件， 以及 Redis 的对象系统文件， 这些文件包括：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th> <p>文件</p> </th> 
   <th> <p>内容</p> </th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p><code>object.c</code></p> </td> 
   <td> <p>Redis 的对象（类型）系统实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>t_string.c</code></p> </td> 
   <td> <p>字符串键的实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>t_list.c</code></p> </td> 
   <td> <p>列表键的实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>t_hash.c</code></p> </td> 
   <td> <p>散列键的实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>t_set.c</code></p> </td> 
   <td> <p>集合键的实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>t_zset.c</code>&nbsp;中除&nbsp;<code>zsl</code>&nbsp;开头的函数之外的所有函数。</p> </td> 
   <td> <p>有序集合键的实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>hyperloglog.c</code>&nbsp;中所有以&nbsp;<code>pf</code>&nbsp;开头的函数。</p> </td> 
   <td> <p>HyperLogLog 键的实现。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 第 4 步：阅读数据库实现相关代码 ##

在读完了 Redis 使用所有底层数据结构， 以及 Redis 是如何使用这些数据结构来实现不同类型的键之后， 我们就可以开始阅读 Redis 里面和数据库有关的代码了， 它们分别是：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th> <p>文件</p> </th> 
   <th> <p>内容</p> </th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p><code>redis.h</code>&nbsp;文件中的&nbsp;<code>redisDb</code>&nbsp;结构， 以及&nbsp;<code>db.c</code>&nbsp;文件。</p> </td> 
   <td> <p>Redis 的数据库实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>notify.c</code></p> </td> 
   <td> <p>Redis 的数据库通知功能实现代码。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>rdb.h</code>&nbsp;和&nbsp;<code>rdb.c</code></p> </td> 
   <td> <p>Redis 的 RDB 持久化实现代码。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>aof.c</code></p> </td> 
   <td> <p>Redis 的 AOF 持久化实现代码。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

选读

Redis 有一些独立的功能模块， 这些模块可以在完成第 4 步之后阅读， 它们包括：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th> <p>文件</p> </th> 
   <th> <p>内容</p> </th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p><code>redis.h</code>&nbsp;文件的&nbsp;<code>pubsubPattern</code>&nbsp;结构，以及&nbsp;<code>pubsub.c</code>&nbsp;文件。</p> </td> 
   <td> <p>发布与订阅功能的实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>redis.h</code>&nbsp;文件的&nbsp;<code>multiState</code>&nbsp;结构以及&nbsp;<code>multiCmd</code>&nbsp;结构，&nbsp;<code>multi.c</code>&nbsp;文件。</p> </td> 
   <td> <p>事务功能的实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>sort.c</code></p> </td> 
   <td> <p><code>SORT</code>&nbsp;命令的实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>bitops.c</code></p> </td> 
   <td> <p><code>GETBIT</code>&nbsp;、&nbsp;<code>SETBIT</code>&nbsp;等二进制位操作命令的实现。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 第 5 步：阅读客户端和服务器的相关代码 ##

在阅读完数据库实现代码， 以及 RDB 和 AOF 两种持久化的代码之后， 我们可以开始阅读客户端和 Redis 服务器本身的实现代码， 和这些代码有关的文件是：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th> <p>文件</p> </th> 
   <th> <p>内容</p> </th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p><code>ae.c</code>&nbsp;，以及任意一个&nbsp;<code>ae_*.c</code>&nbsp;文件（取决于你所使用的多路复用库）。</p> </td> 
   <td> <p>Redis 的事件处理器实现（基于 Reactor 模式）。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>networking.c</code></p> </td> 
   <td> <p>Redis 的网络连接库，负责发送命令回复和接受命令请求， 同时也负责创建/销毁客户端， 以及通信协议分析等工作。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>redis.h</code>&nbsp;和&nbsp;<code>redis.c</code>&nbsp;中和单机 Redis 服务器有关的部分。</p> </td> 
   <td> <p>单机 Redis 服务器的实现。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

如果读者能完成以上 5 个阅读步骤的话， 那么恭喜你， 你已经了解了单机的 Redis 服务器是怎样处理命令请求和返回命令回复， 以及是 Redis 怎样操作数据库的了， 这是 Redis 最重要的部分， 也是之后继续阅读多机功能的基础。

选读

Redis 有一些独立的功能模块， 这些模块可以在完成第 5 步之后阅读， 它们包括：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th> <p>文件</p> </th> 
   <th> <p>内容</p> </th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p><code>scripting.c</code></p> </td> 
   <td> <p>Lua 脚本功能的实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>slowlog.c</code></p> </td> 
   <td> <p>慢查询功能的实现。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>monitor.c</code></p> </td> 
   <td> <p>监视器功能的实现。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 第 6 步：阅读多机功能的实现 ##

在弄懂了 Redis 的单机服务器是怎样运作的之后， 就可以开始阅读 Redis 多机功能的实现代码了， 和这些功能有关的文件为：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th> <p>文件</p> </th> 
   <th> <p>内容</p> </th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p><code>replication.c</code></p> </td> 
   <td> <p>复制功能的实现代码。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>sentinel.c</code></p> </td> 
   <td> <p>Redis Sentinel 的实现代码。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p><code>cluster.c</code></p> </td> 
   <td> <p>Redis 集群的实现代码。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

注意， 因为 Redis Sentinel 用到了复制功能的代码， 而集群又用到了复制和 Redis Sentinel 的代码， 所以在阅读这三个模块的时候， 记得先阅读复制模块， 然后阅读 Sentinel 模块， 最后才阅读集群模块， 这样理解起来就会更得心应手。

如果你连这三个模块都读完了的话， 那么恭喜你， 你已经读完了 Redis 单机功能和多机功能的所有代码了！

下图总结了本文介绍的阅读顺序：

digraph \{ node \[shape = plaintext\] datastruct \[label = "数据结构\\n（sds、adlist、dict、t\_zset、hyperloglog）"\] encoding\_datastruct \[label = "内存编码数据结构\\n（intset、ziplist）"\] object \[label = "数据类型\\n（object、t\_string、t\_list、t\_hash、t\_set、t\_zset、hyperloglog）"\] db \[label = "数据库相关\\n（db、notify、rdb、aof）"\] client\_and\_server \[label = "客户端与服务器相关\\n（ae、networking、redis）"\] multi\_server \[label = "多机功能\\n（replication、sentinel、cluster）"\] // datastruct -> encoding\_datastruct -> object -> db -> client\_and\_server -> multi\_server \}

## 结语 ##

Redis 的设计非常简洁、优美、精巧和高效， 任何人只要愿意去阅读它的代码的话， 应该都会有所收获的。

希望这篇文章能够给想要阅读 Redis 代码的朋友们带来一些帮助， 也欢迎各位随时和我讨论 Redis 源码方面的问题， 或者跟我分享各位阅读 Redis 源码的心得和经验。

另外我的 [Redis 源码注释][Redis] 项目以及 [《Redis 设计与实现》][Redis 1] 一书对于理解 Redis 的源代码应该也会有所帮助， 有兴趣的朋友可以自行了解该项目/书本。

黄健宏（huangz）

2014.7.28

[Redis]: https://github.com/huangz1990/redis-3.0-annotated
[Redis 1]: http://redisbook.com/